Could we create dark matter? - Rolf Landua

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

85% of the matter in our universe is a mystery.

Cerca de 85% da matéria no universo constitui um mistério.

We don't know what it's made of, which is why we call it dark matter.

Não sabemos de que é feita, por isso lhe chamamos matéria escura.

Mas sabemos que está ali porque observamos a sua atração gravitacional

But we know it's out there because we can observe its gravitational attraction

on galaxies and other celestial objects.

nas galáxias e noutros objetos celestes.

We've yet to directly observe dark matter,

Ainda não observámos diretamente a matéria escura,

but scientists theorize that we may actually be able to create it

mas os cientistas teorizam que podemos conseguir criá-la

in the most powerful particle collider in the world.

no colisor de partículas mais poderoso do mundo.

That's the 27 kilometer-long Large Hadron Collider, or LHC,

Trata-se do Grande Colisor de Hadrões — o GCH — de 27 km de comprimento,

in Geneva, Switzerland.

em Genebra, na Suíça.

So how would that work?

Como é que funciona o GCH?

In the LHC, two proton beams move in opposite directions

No GCH, dois feixes de protões movem-se em direções opostas

and are accelerated to near the speed of light.

e são acelerados até quase à velocidade da luz.

At four collision points, the beams cross and protons smash into each other.

Em quatro pontos de colisão,

os feixes e os protões esmagam-se uns contra os outros.

Protons are made of much smaller components called quarks and gluons

Os protões são feitos de partículas muito mais pequenas

chamadas "quarks" e gluões.

In most ordinary collisions, the two protons pass through each other

Na maioria das colisões, os dois protões passam uns entre os outros

without any significant outcome.

sem qualquer resultado significativo.

However, in about one in a million collisions,

Mas, em cerca de uma colisão num milhão,

two components hit each other so violently,

dois componentes colidem tão violentamente

that most of the collision energy is set free

que a maior parte da energia da colisão liberta-se

producing thousands of new particles.

produzindo milhares de novas partículas.

It's only in these collisions that very massive particles,

É só nestas colisões que se podem produzir partículas muito densas

like the theorized dark matter, can be produced.

como as da teórica matéria escura.

The collision points are surrounded by detectors

Os pontos de colisão estão rodeados por detetores

containing about 100 million sensors.

que contêm cerca de 100 milhões de sensores.

Like huge three-dimensional cameras,

Tal como enormes câmaras tridimensionais,

they gather information on those new particles,

reúnem informações sobre essas partículas novas,

including their trajectory,

incluindo a sua trajetória,

electrical charge,

a carga elétrica

and energy.

e a energia.

Depois de processadas, os computadores podem descrever uma colisão numa imagem.

Once processed, the computers can depict a collision as an image.

Each line is the path of a different particle,

Cada linha é a trajetória de uma partícula diferente,

and different types of particles are color-coded.

e há códigos de cores para os diferentes tipos de partículas.

Data from the detectors allows scientists to determine

Os dados dos detetores permitem que os cientistas determinem

what each of these particles is,

o que é cada uma dessas partículas,

things like photons and electrons.

coisas como fotões e eletrões.

Now, the detectors take snapshots of about a billion of these collisions per second

Os detetores tiram instantâneos

de cerca de mil milhões dessas colisões por segundo

to find signs of extremely rare massive particles.

para encontrar sinais de partículas maciças extremamente raras.

To add to the difficulty,

Para aumentar a dificuldade,

the particles we're looking for may be unstable

as partículas que procuramos podem ser instáveis

and decay into more familiar particles before reaching the sensors.

e transformarem-se em partículas mais conhecidas

antes de atingirem os sensores.

Take, for example, the Higgs boson,

Por exemplo, o bosão de Higgs,

a long-theorized particle that wasn't observed until 2012.

uma partícula há muito teorizada que só foi observada em 2012.

The odds of a given collision producing a Higgs boson are about one in 10 billion,

A probabilidade de uma determinada colisão produzir um bosão de Higgs

é de cerca de um em 10 mil milhões,

and it only lasts for a tiny fraction of a second

e só dura uma pequena fração de um segundo,

before decaying.

antes de se degradar.

But scientists developed theoretical models to tell them what to look for.

Mas os cientistas desenvolveram modelos teóricos

que lhes dizem o que procurar.

For the Higgs, they thought it would sometimes decay into two photons.

Para o bosão de Higgs, pensaram que se dividiria primeiro em dois fotões.

So they first examined only the high-energy events

Por isso, examinaram primeiro apenas as ocorrências de alta energia

that included two photons.

que incluíam dois fotões.

But there's a problem here.

Mas aqui há um problema.

There are innumerable particle interactions

Há inúmeras interações de partículas

that can produce two random photons.

que podem produzir dois fotões ao acaso.

So how do you separate out the Higgs from everything else?

Então, como separamos o bosão de Higgs de tudo o resto?

The answer is mass.

A resposta é a massa.

The information gathered by the detectors allows the scientists to go a step back

As informações obtidas pelos detetores permitem que os cientistas recuem um passo

and determine the mass of whatever it was that produced two photons.

e determinem a massa do que quer que tenha produzido dois fotões.

They put that mass value into a graph

Colocam o valor dessa massa num gráfico

and then repeat the process for all events with two photons.

e depois repetem o processo para todas as ocorrências com dois fotões.

The vast majority of these events are just random photon observations,

A grande maioria dessas ocorrências são observações de fotões aleatórios

what scientists call background events.

a que os cientistas chamam ocorrências de segundo plano.

Mas, quando se produz um bosão de Higgs que se degrada em dois fotões,

But when a Higgs boson is produced and decays into two photons,

the mass always comes out to be the same.

a massa acaba sempre por ser a mesma.

Portanto, este sinal denunciador do bosão de Higgs

Therefore, the tell-tale sign of the Higgs boson

would be a little bump sitting on top of the background.

será uma pequena saliência que se destaca sobre o fundo.

It takes billions of observations before a bump like this can appear,

São precisos milhares de milhões de observações

antes de aparecer uma saliência destas

and it's only considered a meaningful result

que só é considerado um resultado significativo

if that bump becomes significantly higher than the background.

se essa saliência se tornar significativamente maior do que o fundo.

In the case of the Higgs boson,

No caso do bosão de Higgs,

the scientists at the LHC announced their groundbreaking result

os cientistas do GCH anunciaram um resultado revolucionário

when there was only a one in 3 million chance

quando só havia uma hipótese em três milhões

this bump could have appeared by a statistical fluke.

de essa saliência ter aparecido por acaso estatístico.

Voltemos à matéria escura.

So back to the dark matter.

If the LHC's proton beams have enough energy to produce it,

Se o feixe de protões do GCH tiver energia suficiente para a produzir,

that's probably an even rarer occurrence than the Higgs boson.

provavelmente ainda é uma ocorrência mais rara do que obter um bosão de Higgs.

So it takes quadrillions of collisions combined with theoretical models

Serão precisos triliões de ocorrências combinadas com modelos teóricos

to even start to look.

só para começar a procurar.

That's what the LHC is currently doing.

É o que o GCH está a fazer atualmente.

By generating a mountain of data,

Gerando um montão de informações,

we're hoping to find more tiny bumps in graphs

esperamos encontrar mais pequenas saliências nos gráficos

that will provide evidence for yet unknown particles, like dark matter.

que nos deem provas de partículas ainda desconhecidas,

como as da matéria escura.

Or maybe what we'll find won't be dark matter,

Ou talvez o que encontremos não seja matéria escura

but something else

mas outra coisa qualquer

that would reshape our understanding of how the universe works entirely.

que reformule o nosso entendimento de como funciona o universo.

That's part of the fun at this point.

Neste momento, essa é a parte divertida.

We have no idea what we're going to find.

Não fazemos ideia do que iremos encontrar.